Нові можливості вивчення еволюції мозку

Вивчати поведінку клітин мозку на еволюційно близьких людині приматах складно, оскільки вони знаходяться на межі вимирання.

Люди генетично схожі на шимпанзе і бонобо, але навіть з ними у нас є очевидні поведінкові і когнітивні відмінності. Вчені з Інституту біологічних досліджень Солка (Salk Institute for Biological Studies) у співпраці з дослідниками кафедри антропології Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (University of California, San Diego) шукають способи зробити простіше вивчення розвитку нейронів людини в порівнянні з розвитком нейронів інших приматів.

«Таке дослідження дозволить зрозуміти, як розвивалася структура мозку, і допоможе зробити порівняльний аналіз людей та інших приматів», - говорить один з керівників дослідження, Расті Гейдж (Fred «Rusty» Gage).

Два важливих процеси в розвитку мозку - дозрівання і переміщення нейронів. Дозрівання включає зростання нейронів, коли вони збільшують зв'язки один з одним для кращої взаємодії. Переміщення - це фізичний рух нейронів у різні частини мозку, що розвивається. Автори дослідження вирішили порівняти дозрівання і переміщення нейронів у людей та інших приматів.

Щоб виконати це завдання, в лабораторії Гейджа розробили новий метод. Використовувалася технологія стовбурових клітин - зразки клітини шкіри приматів за допомогою вірусу і хімічних сполук змусили розвинутися в нейронні прогениторні клітини (цей тип клітин здатний перетворюватися в різні види мозкових клітин, включаючи нейрони). Отримані нові культури клітин приматів можна постійно розмножувати, що дозволить дослідникам вивчити аспекти розвитку живих нейронів, не використовуючи зразки тканини шимпанзе і бонобо, приматів, які перебувають під загрозою зникнення.

"Це інноваційна стратегія вивчення еволюції людини, - говорить Керол Марчетто (Carol Marchetto), старший науковий співробітник Лабораторії Генетики в Салку, співавтор дослідження. - Ми раді поділитися лініями клітин з науковим співтовариством, щоб дослідники по всьому світу могли вивчати розвиток мозку приматів без використання зразків тканини. Ми припускаємо, що в найближчі роки це призведе до численних відкриттів в області еволюції мозку ".

Дослідники вперше вивчили відмінності в експресії гена, пов'язаного з переміщенням нейронів, у людини, шимпанзе і бонобо. Було знайдено 52 гени, пов'язаних з переміщенням нейронів, і виявилося, що нейрони шимпанзе і бонобо іноді переміщалися швидко, в той час як людські - повільно.

Щоб порівняти переміщення і дозрівання нейронів поза пробіркою, вчені трансплантували нейронні прогеніторні клітини людей і шимпанзе в мозок гризунів, дозволивши нейронам рости і створюючи додаткові умови для їх розвитку.

Дослідники проаналізували відмінності в дистанції переміщення, формі і розмірах нейронів більш ніж через 19 тижнів після трансплантації. Вони стежили за довжиною, щільністю і якістю відростків нейронів (дендритів), а також розміром клітинного тіла, в якому розміщується ядро і ДНК.

Нейрони шимпанзе за два тижні переміщалися далі і покривали на 76% більше простору, ніж людські нейрони. Людські нейрони повільніше розвиваються, але мають більшу довжину. Такий повільний ріст дозволяє мозку людини досягти інших етапів розвитку в порівнянні з мізками нелюдських приматів, що, ймовірно, обумовлює різницю в поведінці і когнітивних здібностях.

У майбутньому автори сподіваються, використовуючи індуковані плюрипотентні клітини, краще зрозуміти еволюцію людського мозку. Також автори планують надалі за допомогою цієї технології вивчати у різних видів приматів відмінності в регуляції експресії генів, які можуть впливати на організацію мозку у людей.

«Ми володіємо обмеженими знаннями про еволюцію мозку, особливо коли мова йде про відмінності в клітинному розвитку між різними видами, - говорить Марчетто. - Ми раді величезним можливостям, які відкриває наша робота для нейронауки і вивчення еволюції мозку».